【手続補正書】
【提出日】平成17年11月11日(2005.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】車両用電力変換装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれブリッジ接続された２群の半導体素子を有する車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第１及び第２の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第３の部品取付面を有し、前記第１の部品取付面に一方の群の１相分の前記半導体素子が装着され、前記第２の部品取付面に他方の群の１相分の前記半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
複数の前記冷却器受熱ブロックの前記第３の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、前記冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
前記ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
を備えたことを特徴とする車両用電力変換装置。
【請求項２】
それぞれブリッジ接続された２群の半導体素子を有する車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第１及び第２の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第３の部品取付面を有し、前記第１又は第２の部品取付面のいずれか１つに一方の群の１相分の前記半導体素子と他方の群の１相分の前記半導体素子とが装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
前記冷却器受熱ブロックの前記第３の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、前記冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
前記ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
を備えたことを特徴とする車両用電力変換装置。
【請求項３】
１つの前記冷却器受熱ブロックに装着される一方の群の負電圧側アームの前記半導体素子の負極端子と、他方の群の負電圧側アームの前記半導体素子の負極端子とを相互に電気的に接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電力変換装置。
【請求項４】
１つの前記冷却器受熱ブロックに装着される一方の群の負電圧側アームの前記半導体素子の負極端子と、他方の群の正電圧側アームの前記半導体素子の正極端子とを相互に電気的に接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電力変換装置。
【請求項５】
インバータ回路を形成するようにブリッジ接続された複数の半導体素子と、前記インバータ回路の直流側端子間に抵抗器と直列に接続されてチョッパ回路を形成する半導体素子とを有する車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第１及び第２の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第３の部品取付面を有し、前記第１の部品取付面に前記インバータ回路を形成する１相分の前記半導体素子が装着され、前記第２の部品取付面に前記チョッパ回路を形成する前記半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
前記冷却器受熱ブロックの前記第３の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、前記冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
前記ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
を備えたことを特徴とする車両用電力変換装置。
【請求項６】
インバータ回路を形成するようにブリッジ接続された複数の半導体素子と、前記インバータ回路の直流側端子間に抵抗器と直列に接続されてチョッパ回路を形成する半導体素子とを有する車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第１及び第２の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第３の部品取付面を有し、前記第１又は第２の部品取付面に前記インバータ回路を形成する１相分の前記半導体素子と前記チョッパ回路を形成する前記半導体素子とが装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
前記冷却器受熱ブロックの前記第３の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、前記冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
前記ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
を備えたことを特徴とする車両用電力変換装置。
【請求項７】
前記冷却器受熱ブロック毎に複数本の前記ヒートパイプが平行に突出され、前記放熱フインが前記複数本のヒートパイプに共通に結合され、かつ、その長手方向に複数個配設されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の床下に設置される半導体装置を有する車両用電力変換装置に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の床下に設置されて車両駆動電力を供給する電力変換器は、図９に示すように、３相ブリッジ接続された６個の半導体素子１と、各相の正極端子及び負極端子間に接続された３個の相コンデンサ２と、直流側の端子Ｐ、Ｎ間に接続されたフィルタコンデンサ３とを備え、図示省略の鉄道架線から直流側の端子Ｐ、Ｎ間に入力される直流電力を、半導体素子１を所定の順序でオン、オフ制御することにより交流電力に変換し、交流側の端子Ｕ、Ｖ、Ｗから出力して図示を省略した車両駆動用の電動機に供給する。この電力変換器は、半導体素子１から発生する熱を効率良く除去するために半導体素子冷却ユニット４内に設けられる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の車両用電力変換装置においては、３相ブリッジ接続された半導体素子の相毎に１つのスタック２０を設ける構成になっていた。また、冷却器受熱ブロック２３の一方の面に半導体素子１が装着され、他方の面に相コンデンサ２が装着されていた。しかるに、近年は配線を短縮したり、隣接して往復配線にしたりして、インダクタンス成分を低減する実装技術が進歩したことにより、半導体素子１に近接して接続された相コンデンサ２が不要となることから、半導体素子冷却ユニットフレーム１５の片面側が空スペースとなることが多かった。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、スタックの集約化により着脱の作業性を向上させることができ、かつ、空スペースを有効に活用することによって装置の軽量化やメンテナンス性に優れた車両用電力変換装置を提供することを目的とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、それぞれブリッジ接続された２群の半導体素子を有する車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第１及び第２の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第３の部品取付面を有し、第１の部品取付面に一方の群の１相分の半導体素子が装着され、第２の部品取付面に他方の群の１相分の半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
冷却器受熱ブロックの第３の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
を備えたことを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項２に係る発明は、それぞれブリッジ接続された２群の半導体素子を有する車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第１及び第２の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第３の部品取付面を有し、第１又は第２の部品取付面のいずれか１つに一方の群の１相分の半導体素子と他方の群の１相分の半導体素子とが装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
冷却器受熱ブロックの第３の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
を備えたことを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の車両用電力変換装置において、１つの冷却器受熱ブロックに装着される一方の群の負電圧側アームの半導体素子の負極端子と、他方の群の負電圧側アームの半導体素子の負極端子とを相互に電気的に接続したことを特徴とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の車両用電力変換装置において、１つの冷却器受熱ブロックに装着される一方の群の負電圧側アームの半導体素子の負極端子と、他方の群の正電圧側アームの半導体素子の正極端子とを相互に電気的に接続したことを特徴とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項５に係る発明は、インバータ回路を形成するようにブリッジ接続された複数の半導体素子と、インバータ回路の直流側端子間に抵抗器と直列に接続されてチョッパ回路を形成する半導体素子とを有する車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第１及び第２の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第３の部品取付面を有し、第１の部品取付面にインバータ回路を形成する１相分の半導体素子が装着され、第２の部品取付面にチョッパ回路を形成する半導体素子が装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
冷却器受熱ブロックの第３の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
を備えたことを特徴とする。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項６に係る発明は、インバータ回路を形成するようにブリッジ接続された複数の半導体素子と、インバータ回路の直流側端子間に抵抗器と直列に接続されてチョッパ回路を形成する半導体素子とを有する車両用電力変換装置において、
表裏の関係にある第１及び第２の部品取付面、並びにこれらの部品取付面に対して側端面に当たる第３の部品取付面を有し、第１又は第２の部品取付面にインバータ回路を形成する１相分の半導体素子とチョッパ回路を形成する半導体素子とが装着された複数の冷却器受熱ブロックと、
冷却器受熱ブロックの第３の部品取付面からそれぞれ突出するように基端部が接合され、冷却器受熱ブロックの熱をそれぞれ先端部に輸送するヒートパイプと、
ヒートパイプに嵌着された放熱フィンと、
を備えたことを特徴とする。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の車両用電力変換装置において、冷却器受熱ブロック毎に複数本のヒートパイプが平行に突出され、放熱フインが複数本のヒートパイプに共通に結合され、かつ、その長手方向に複数個配設されたことを特徴とする。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る車両用電力変換装置の第１の実施形態の概略構成図であり、このうち、図１（ａ）は車体に取り付けられた箱体に半導体素子冷却ユニット４を装着し、箱体の一部を断面で表した側面図であり、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ矢視断面図である。図中、従来装置を示す図１０と同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要素を示している。これら各図において、車体５の底部の側端に箱体６が取り付けられている。箱体６は半導体素子冷却ユニット４の一部を収納し、これを固定するために仕切り板７によって額縁状に囲まれた開口を備えている。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明に係る車両用電力変換装置の第２の実施形態の構成を説明するために、境界板２１を貫通して装着されるヒートパイプ２４、放熱フィン２５及び冷却器受熱ブロック２３の結合状態と、冷却器受熱ブロック２３に対する半導体素子１の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図であり、図中、第１の実施形態を示す図３と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は冷却器受熱ブロック２３の第１の部品取付面にのみ、互いに異なる半導体素子群のそれぞれ１相分の半導体素子１を略均等な間隔で縦横に近接させて装着したものである。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図５は本発明に係る車両用電力変換装置の第３の実施形態の構成を示す回路図であり、特に、第１及び第２の実施形態の半導体素子１の接続状態を示したものであり、図中、従来装置を示した図９と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図６は本発明に係る車両用電力変換装置の第４の実施形態の構成を示す回路図であり、特に、第１及び第２の実施形態の半導体素子１の接続状態を示したものであり、図中、第３の実施形態を示した図５と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明に係る車両用電力変換装置の第５の実施形態の構成を説明するために、境界板２１を貫通して装着されるヒートパイプ２４、放熱フィン２５及び冷却器受熱ブロック２３の結合状態と、冷却器受熱ブロック２３に対する半導体素子１の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図であり、図中、第１の実施形態を示す図３と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は冷却器受熱ブロック２３の第１の部品取付面にインバータ回路を構成する１相分の半導体素子１Ａを装着し、第２の取付面にブレーキチョッパ回路を構成する半導体素子１Ｂを装着したものである。これ以外は第１の実施形態を示す図３と同一に構成されている。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
図８（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明に係る車両用電力変換装置の第６の実施形態の構成を説明するために、境界板２１を貫通して装着されるヒートパイプ２４、放熱フィン２５及び冷却器受熱ブロック２３の結合状態と、冷却器受熱ブロック２３に対する半導体素子１の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図であり、図中、第５の実施形態を示す図７と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は冷却器受熱ブロック２３の第１の部品取付面のみにインバータ回路を構成する１相分の半導体素子１Ａと、ブレーキチョッパ回路を構成する１相分の半導体素子１Ｂとを略均等な間隔で縦横に近接させて装着したものである。これ以外は第５の実施形態を示す図７と同一に構成されている。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、スタックの集約化により着脱の作業性を向上させることができ、かつ、空スペースを有効に活用することによって装置の軽量化やメンテナンス性に優れた車両用電力変換装置が提供される。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係る車両用電力変換装置の第１の実施形態の概略構成を、その一部を断面で示した側面図及びそのＡ−Ａ矢視断面図。
【図２】
図１に示した第１の実施形態を構成する半導体素子冷却ユニットとスタックの詳細な構成及びその組み付け状態を示した側面図。
【図３】
図１に示した第１の実施形態を構成する主要素の結合状態と半導体素子の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図。
【図４】
本発明に係る車両用電力変換装置の第２の実施形態を構成する主要素の結合状態と半導体素子の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図。
【図５】
本発明に係る車両用電力変換装置の第３の実施形態の構成を示す回路図。
【図６】
本発明に係る車両用電力変換装置の第４の実施形態の構成を示す回路図。
【図７】
本発明に係る車両用電力変換装置の第５の実施形態を構成する主要素の結合状態と半導体素子の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図。
【図８】
本発明に係る車両用電力変換装置の第６の実施形態を構成する主要素の結合状態と半導体素子の装着状態を示す正面図、上面図、左側面図及び右側面図。
【図９】
鉄道車両の床下に設置されて車両駆動電力を供給する電力変換器の構成を示す回路図。
【図１０】
従来の車両用電力変換装置の概略構成を、その一部を断面で示した側面図及びそのＢ−Ｂ矢視断面図。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ  半導体素子
２  相コンデンサ
３  フィルタコンデンサ
４  半導体素子冷却ユニット
５  車体
６  箱体
１１  密閉部
１２  半導体素子冷却フレームユニット
１３  開放部
２０  スタック
２１  境界板
２３  冷却器受熱ブロック
２４  ヒートパイプ
２５  放熱フィン
２６  スタック接続導体
３１  電動機